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zoom RSS 宇宙太陽光発電所

<<   作成日時 : 2009/10/04 20:01   >>

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 太陽電池についてはいろいろな切り口があり、まだ取り上げきれていない側面も多くありますが、現時点では以上で終了とします。最後に今後の夢とも言える技術を紹介したいと思います。

 太陽光発電の最大の欠点は夜間は発電ができないことと天候が悪いと発電量は低下してしまうことです。また晴れていても、太陽光は地表に到達するまでに、地球を取り巻く大気によって吸収され、そのエネルギーが減っています。これは地上に太陽電池を設置する限り、逃れることのできない宿命です。

 それならば大気圏の外、宇宙に太陽電池を置けばよいではないか、というアイデアはすぐに浮かぶと思います。しかし発生した電力をどうやって地上に送るのかという難しい課題があることにもすぐ気付くでしょう。
画像
 確かに人工衛星など宇宙にある装置が使うエネルギーの多くは太陽光発電によっています。大気の吸収がないだけでなく、太陽光がいつも垂直に入射するように入射面を動かすことも容易ですし、静止衛星の軌道に太陽電池を置くことができれば、地球の影に入る時間は短くほぼ24時間、太陽光を受けて発電できます。

 このような理想的な特徴を活かすために、無線でエネルギーを送る方法が研究されてきました。マイクロ波などの電波か、あるいはレーザ光などの光によってエネルギーを送ることができます。

 図Aは特許の図面ですが、宇宙太陽光発電所のイメージを示す図です(特開2002-154497号より)。太陽光発電衛星10上に太陽光発電パネル11を設け、これで発電した電力を衛星内でマイクロ波またはレーザ光のビーム30に変換し、地上の受信設備20へ送信します。この特許では高いエネルギーをもつビームの危険性を考え、周囲に警報信号ビームを発することを考えています。

 現在構想されている宇宙太陽光発電所は直径数kmにもなる太陽電池パネルを静止衛星
軌道上に打ち上げ、同じ直径数kmの受信施設を地上に建設してビームを受けるというものです。これで1GWレベルの電力が得られる計算です。

 これを実現するためにはまず非常に大きなアンテナが必要です。直径数kmのアレイアンテナが考えられています。また静止衛星軌道は地上から36000kmの高さにあり、ここから地上の直径数kmの受信設備に、その範囲から外れないようにビームの方向を定めなければならないという課題があります。計算によれば衛星から送信するビームの角度は0.001度以下の精度を保たなければならないことになります。これには特別な目標追尾装置が必要になります。

 以上のような点が解決できたとしても前回説明したようなライフサイクル評価で十分な価値が認められなければ意味がありません。宇宙の場合、衛星の打ち上げに莫大な費用がかかるうえ、故障が起きて修理が必要になった場合、ハッブル望遠鏡の例もありますが、有人宇宙船を派遣しなければならないなど、コスト面の問題が多そうです。

 このような有人宇宙船の打ち上げを避けるために、NASAなどで宇宙エレベータ(軌道エレベータとも言います)というものが研究されているのをご存じでしょうか。これは宇宙船と地上をワイヤで結び、これに沿って宇宙船まで人間や物資を運ぼうというアイデアです。

 アイデアとしてはかなり以前(19世紀)に提案されたそうですが、原理的には図Bのように地球表面と静止軌道より外側を周回している物体(人工衛星など)をワイヤで結びます。ワイヤは人工衛星の遠心力で外側へ引かれますが、自重があるので地球の引力にも引かれます。静止軌道上でこの遠心力と重力がバランスするようにすればワイヤがまっすぐ張った状態が実現できます。

 運搬機はこのワイヤに沿って自力でよじ登ることになります(ワイヤで引き上げるエレベータとは違います)が、そのエネルギーはロケットの打ち上げに比べるとずっと小さいということです。

 ワイヤがつながるなら、有線で送電ができるのではとも思えますが、地上での送電はせいぜい数1000kmでしょうから、36000kmを低損失で送電するのは難しそうです。

 この宇宙エレベータはまだ小規模な実験が行われている段階ですが、将来実現するといろいろな応用が期待できそうです。




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コメント(1件)

内 容 ニックネーム/日時
「宇宙太陽光発電所」ですか、指向性エネルギー兵器と陰で言われているものですね。
「宇宙太陽光発電所」について
2013/04/21 00:43

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